专利名称：一种有径向柔性密封的变频涡旋式压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变频涡旋式压缩机，本发明还涉及一种变频涡旋式压缩机的离心力平衡技术。
背景技术：
作为容积式压缩机，涡旋式压缩机具有能效高、体积小等优点，已被广泛应用于空气压缩、空调和冷冻等领域。径向柔性密封技术的应用改善了涡卷侧壁的密封，提高了压缩机的容积效率，由于其对径向尺寸偏差的不敏感，也降低了压缩机的加工难度。有径向柔性密封的变频涡旋式压缩机，通常包含电机、曲轴、动涡盘、静涡盘、防转机构，主支承架、驱动轴套，外壳。静涡盘基板的一侧设置有沿轴线生长的涡卷，另一侧设置有排气孔，静涡盘的旋转被限制，径向位移被限制，轴线方向上被固定或可在一定的范围内移动。动涡盘基板的一侧设置有沿轴线生长的涡卷，另一侧设置有突起特征，此突起特征内有轴承孔。动涡盘和静涡盘经防转机构藕合，可相对滑动无相对转动。主支承架固定于外壳，设置有轴承孔和止推面，该止推面支承动涡盘。曲轴与压缩机电机的转子固接，其主轴颈支承于主支承架的轴承孔，曲轴的曲柄外表面上设置有与曲轴轴线平行的驱动平面，该驱动平面与曲轴曲柄的偏心半径有一夹角。驱动轴套有外圆柱面，内表面上设置有与其轴线平行的驱动平面，动涡盘的轴承孔与所述的驱动轴套的外圆面间隙配合，驱动轴套的驱动平面与曲轴的曲柄上的驱动平面配合，可相对滑动并传递正压力。曲轴的曲柄通过驱动轴套与动涡盘的轴承孔联接。压缩机电机旋转时，曲轴的曲柄通过驱动轴套驱动动涡盘相对静涡盘作无相对转动的公转运动，动涡盘和静涡盘的涡卷相互啮合形成多对压缩腔，该压缩腔沿涡卷自外向内移动，体积渐渐缩小，从而实现对介质的压缩。所述的驱动平面传递的正压力在公转半径的切向分力为驱动力，该正压力在公转半径的径向分力可增加或减小动、静涡盘涡卷之间的侧向密封力。由于涡盘涡卷侧壁之间的密封力=所述正压力在公转半径的径向分力+动涡盘的离心力-压缩腔内气体对涡卷的分离力-摩擦力，由于动涡盘的离心力与转速的平方正比。如果不对动涡盘的离心力进行平衡，当压缩机采用变频调速驱动时，无法对密封力进行优化设计。涡盘涡卷侧壁之间的密封力过大会造成磨损和增大功耗；涡盘涡卷侧壁之间的密封力过小则会造成泄漏，降低容积效率。
发明内容
本发明公开了一种有径向柔性密封的变频涡旋式压缩机的设计。动涡盘通过驱动轴套与曲轴曲柄联接，驱动轴套和曲轴曲柄上设置有与曲柄偏心半径偏角的驱动平面以产生径向的分力，推动涡卷之间侧向贴紧，以实现径向柔性密封；设置有平衡块，平衡块和曲轴同步转动，平衡块的重心设计使得所述曲轴旋转时平衡块的离心力和动涡盘的离心力方向相反或近似相反，平衡块的的离心力通过转动副传递给动涡盘，可全部或部分平衡动涡盘的离心力。本发明公开了几种可选的机构方案，在保证平衡块和曲轴同步转动的同时，平衡块可随动涡盘一起随动，从而将平衡块的离心力传递给动涡盘。当采用变频调速电机时，此设计能消除或减少动涡盘离心力对动、静涡盘涡卷之间的法向接触力的影响，通过改变曲轴曲柄上的驱动平面相对曲柄偏心半径的角度，可以实现动、静涡盘涡卷之间的法向接触力的优化，从而避免在低速工况下因动、静涡盘涡卷之间的法向接触力不足而造成的泄漏；避免在高速工况下因动、静涡盘涡卷之间的法向接触力太大而造成的磨损和功耗。
图1 左图为压缩机的剖面图，右图为动涡盘，驱动轴套，平衡块，套环和曲轴的装配示意图。图2 左图为压缩机的剖面图，右图为动涡盘，驱动轴套，平衡块和曲轴的装配示意图。图3 左图为压缩机的剖面图，右图为动涡盘，驱动轴套，平衡块和曲轴的装配示意图。实施方案1.方案1，如图1所示。静涡盘2的基板21—端有沿轴向生长的涡卷，另一端有排气孔16和背压腔15。动涡盘3的基板33 —端有沿轴向生长的涡卷，另一端有有沿轴向生长的轴承座，该轴承座内设有轴承孔31，该轴承座的外圆32与轴承孔31同轴并有较高的光洁度。壳体14隔离压缩机于外部环境，其内部被隔板18隔离成高压腔和低压腔，高压腔与静涡盘2的排气孔16和压缩机的排气口 17连通，低压腔与静涡盘2、动涡盘3的吸气口和压缩机的吸气口 13连通。主支承架1固定于壳体14内，主支承架1设有轴承孔和止推面， 该止推面支承动涡盘3的基板33。静涡盘2被零件5联接于主支承架1，径向位移和旋转被限制，静涡盘2可沿零件5的轴线方向有微小的移动。静涡盘2和动涡盘3经十字滑环 4耦合，可相对滑动，无相对转动。电机10的定子与壳体14固定联接，电机10的转子与曲轴9固接.曲轴9的主轴颈支承于主支承架1的轴承孔，下轴颈支承于轴承12，下平衡块11 置于电机10转子一端以实现压缩机的动平衡。曲轴9的曲柄92外表面上设置有与曲轴轴线91平行的驱动平面93，驱动平面93与曲柄92的偏心半径有一夹角。套环8通过过盈配合与曲轴9固定，其内孔有非圆特征与曲轴9的非圆特征对应配合，防止套环8转动，套环 8设有径向的槽81，套环8固定后其槽81的延伸方向与曲柄92的偏心方向大致相反，与驱动平面93平行。驱动轴套6有外圆柱面62，内表面上设置有与其轴线平行的驱动平面61， 动涡盘3的轴承孔31与驱动轴套6的外圆面62间隙配合；驱动轴套6的驱动平面61与曲轴9上的驱动平面93配合，可相对滑动并传递正压力。平衡块7设有内圆面71与动涡盘 3的外圆32间隙配合形成转动副。平衡块7设有圆销特征72，圆销特征72与槽81间隙配合，并可沿槽81的延伸方向滑动；平衡块7的形状设计使得平衡块7在与动涡盘3和套环 8联接后其离心力与动涡盘3的离心力方向相反。曲轴9的曲柄92通过驱动轴套6与动涡盘3的轴承孔31联接。压缩机电机10旋转时，曲轴9的曲柄92通过驱动轴套6驱动动涡盘3相对静涡盘2作无相对转动的公转运动，动涡盘3和静涡盘2的涡卷相互啮合形成多对压缩腔，该压缩腔沿涡卷自外向内移动，体积渐渐缩小，从而实现对介质的压缩。静涡盘 2的背压腔15与涡卷形成的压缩腔连通，通过密封元件和隔离板18形成相对封闭的腔体，其内的压力推动静涡盘2与动涡盘3相互贴紧，形成轴向密封。由于曲轴9的驱动平面93 与曲柄92的偏心半径有一夹角，故驱动平面61和驱动平面93之间传递的正压力可以沿公转半径的径向和切向进行分解，其切向分力为驱动力，其径向分力可以增加或减小动涡盘3 和静涡盘2涡卷之间的侧向密封力。在本实施方案里，设计平衡块7的重心位置和大小，使得平衡块7的离心力与动涡盘3的离心力方向相反，大小相等。故在计算动涡盘3和静涡盘2涡卷之间的侧向密封力时，可以排除因变频电机转速变化而产生的离心力对侧向密封力的影响，调整曲轴9的驱动平面93与曲柄92的偏心半径之间的夹角，从而调节驱动平面 61和驱动平面93之间传递的正压力在径向的分力，进而调节动涡盘3和静涡盘2涡卷之间的侧向密封力，实现密封与摩擦力之间的平衡。 2.方案2，如图2所示。静涡盘2的基板21 —端有沿轴向生长的涡卷，另一端有排气孔16和背压腔15。动涡盘3的基板33 —端有沿轴向生长的涡卷，另一端有有沿轴向生长的轴承座，该轴承座内设有轴承孔31，该轴承座的外圆32与轴承孔31同轴并有较高的光洁度。壳体14隔离压缩机于外部环境，其内部被隔板18隔离成高压腔和低压腔，高压腔与静涡盘2的排气孔16和压缩机的排气口 17连通，低压腔与静涡盘2、动涡盘3的吸气口和压缩机的吸气口 13连通。主支承架1固定于壳体14内，主支承架1设有轴承孔和止推面，该止推面支承动涡盘3的基板33。静涡盘2被零件5联接于主支承架1，径向位移和旋转被限制，静涡盘2可沿零件5的轴线方向有微小的移动。静涡盘2和动涡盘3经十字滑环4耦合，可相对滑动，无相对转动。电机10的定子与壳体14固定联接，电机10的转子与曲轴9固接.曲轴9的主轴颈支承于主支承架1的轴承孔，下轴颈支承于轴承12，下平衡块 11置于电机10转子一端以实现压缩机的动平衡。曲轴9的曲柄92外表面上设置有与曲轴轴线91平行的驱动平面93，驱动平面93与曲柄92的偏心半径有一夹角，曲轴9主轴颈外圆上有由二相互平行的平面切出的平面94、95，与驱动平面93平行。驱动轴套6有外圆柱面62，内表面上设置有与其轴线平行的驱动平面61，动涡盘3的轴承孔31与驱动轴套6 的外圆面62间隙配合；驱动轴套6的驱动平面61与曲轴9上的驱动平面93配合，可相对滑动并传递正压力。平衡块7设有内圆面71与动涡盘3的外圆32间隙配合形成转动副。 平衡块7设有槽，槽的二个平面72、73与曲轴9的平面94、95形成间隙配合并可相互滑动， 平衡块7的形状设计使得平衡块7在与动涡盘3和曲轴9联接后其离心力与动涡盘3的离心力方向相反。曲轴9的曲柄92通过驱动轴套6与动涡盘3的轴承孔31联接。压缩机电机10旋转时，曲轴9的曲柄92通过驱动轴套6驱动动涡盘3相对静涡盘2作无相对转动的公转运动，动涡盘3和静涡盘2的涡卷相互啮合形成多对压缩腔，该压缩腔沿涡卷自外向内移动，体积渐渐缩小，从而实现对介质的压缩。静涡盘2的背压腔15与涡卷形成的压缩腔连通，通过密封元件和隔离板18形成相对封闭的腔体，其内的压力推动静涡盘2与动涡盘3相互贴紧，形成轴向密封。由于曲轴9的驱动平面93与曲柄92的偏心半径有一夹角， 故驱动平面61和驱动平面93之间传递的正压力可以沿公转半径的径向和切向进行分解， 其切向分力为驱动力，其径向分力可以增加或减小动涡盘3和静涡盘2涡卷之间的侧向密封力。在本实施方案里，设计平衡块7的重心位置和大小，使得平衡块7的离心力与动涡盘 3的离心力方向相反，大小相等。故在计算动涡盘3和静涡盘2涡卷之间的侧向密封力时， 可以排除因变频电机转速变化而产生的离心力对侧向密封力的影响，调整曲轴9的驱动平面93与曲柄92的偏心半径之间的夹角，从而调节驱动平面61和驱动平面93之间传递的正压力在径向的分力，进而调节动涡盘3和静涡盘2涡卷之间的侧向密封力，实现密封与摩擦力之间的平衡。 3.方案3，如图3所示。静涡盘2的基板21 —端有沿轴向生长的涡卷，另一端有排气孔16和背压腔15。动涡盘3的基板33 —端有沿轴向生长的涡卷，另一端有有沿轴向生长的轴承座，该轴承座内设有轴承孔31，该轴承座的外圆32与轴承孔31同轴并有较高的光洁度。壳体14隔离压缩机于外部环境，其内部被隔板18隔离成高压腔和低压腔，高压腔与静涡盘2的排气孔16和压缩机的排气口 17连通，低压腔与静涡盘2、动涡盘3的吸气口和压缩机的吸气口 13连通。主支承架1固定于壳体14内，主支承架1设有轴承孔和止推面，该止推面支承动涡盘3的基板33。静涡盘2被零件5联接于主支承架1，径向位移和旋转被限制，静涡盘2可沿零件5的轴线方向有微小的移动。静涡盘2和动涡盘3经十字滑环4耦合，可相对滑动，无相对转动。电机10的定子与壳体14固定联接，电机10的转子与曲轴9固接.曲轴9的主轴颈支承于主支承架1的轴承孔，下轴颈支承于轴承12，下平衡块11置于电机10转子一端以实现压缩机的动平衡。曲轴9的曲柄92外表面上设置有与曲轴轴线91平行的驱动平面93，驱动平面93与曲柄92的偏心半径有一夹角。驱动轴套6与平衡块7固定联接或一体化设计，驱动轴套6有外圆柱面62，内表面上设置有与其轴线平行的驱动平面61，动涡盘3的轴承孔31与驱动轴套6的外圆面62间隙配合；驱动轴套6上的驱动平面61与曲轴9上的驱动平面93配合，可相对滑动并传递正压力；平衡块7 的形状设计使得平衡块7的离心力与动涡盘3的离心力方向相反。曲轴9的曲柄92通过驱动轴套6与动涡盘3的轴承孔31联接。压缩机电机10旋转时，曲轴9的曲柄92通过驱动轴套6驱动动涡盘3相对静涡盘2作无相对转动的公转运动，动涡盘3和静涡盘2的涡卷相互啮合形成多对压缩腔，该压缩腔沿涡卷自外向内移动，体积渐渐缩小，从而实现对介质的压缩。静涡盘2的背压腔15与涡卷形成的压缩腔连通，通过密封元件和隔离板18形成相对封闭的腔体，其内的压力推动静涡盘2与动涡盘3相互贴紧，形成轴向密封。由于曲轴9的驱动平面93与曲柄92的偏心半径有一夹角，故驱动平面61和驱动平面93之间传递的正压力可以沿公转半径的径向和切向进行分解，其切向分力为驱动力，其径向分力可以增加或减小动涡盘3和静涡盘2涡卷之间的侧向密封力。在本实施方案里，设计平衡块 7的重心位置和大小，使得平衡块7的离心力与动涡盘3的离心力方向相反，大小相等。故在计算动涡盘3和静涡盘2涡卷之间的侧向密封力时，可以排除因变频电机转速变化而产生的离心力对侧向密封力的影响，调整曲轴9的驱动平面93与曲柄92的偏心半径之间的夹角，从而调节驱动平面61和驱动平面93之间传递的正压力在径向的分力，进而调节动涡盘3和静涡盘2涡卷之间的侧向密封力，实现密封与摩擦力之间的平衡。
权利要求
1.一种变频涡旋式压缩机，以冷媒为压缩介质，包含电机、曲轴、动涡盘、静涡盘、防转机构，主支承架、驱动轴套，外壳。静涡盘基板的一侧设置有沿轴线生长的涡卷，另一侧设置有排气孔，静涡盘的旋转被限制，径向位移被限制，轴线方向上被固定或可在一定的范围内移动。动涡盘基板的一侧设置有沿轴线生长的涡卷，另一侧设置有突起特征，此突起特征内有轴承孔。动涡盘和静涡盘经防转机构藕合，可相对滑动无相对转动。主支承架固定于外壳，设置有轴承孔和止推面，该止推面支承动涡盘。曲轴与压缩机电机的转子固接，其主轴颈支承于主支承架的轴承孔，曲轴的曲柄外表面上设置有与曲轴轴线平行的驱动平面，该驱动平面与曲轴曲柄的偏心半径有一夹角。驱动轴套有外圆柱面，内表面上设置有与其轴线平行的驱动平面，动涡盘的轴承孔与所述的驱动轴套的外圆面间隙配合，驱动轴套的驱动平面与曲轴的曲柄上的驱动平面配合，可相对滑动并传递正压力。曲轴的曲柄通过驱动轴套与动涡盘的轴承孔联接。压缩机电机旋转时，曲轴的曲柄通过驱动轴套驱动动涡盘相对静涡盘作无相对转动的公转运动。所述的驱动平面传递的正压力在公转半径的切向分力为驱动力，该正压力在公转半径的径向分力可增加或减小动、静涡盘涡卷之间的侧向密封力。其特征在于为了全部或部分平衡动涡盘的离心力，设置有动涡盘离心力平衡块，该平衡块的重心设计使得曲轴旋转时平衡块的离心力和动涡盘的离心力方向相反或近似相反， 该离心力可传递至动涡盘。
2.权利要求1所述的变频涡旋式压缩机，其特征在于所述的平衡块上设置有内圆柱面，所述的动涡盘的突起特征上有与其轴承孔同轴的外圆柱面，所述的内圆柱面与所述的外圆柱面间隙配合构成转动副，该转动副传递所述的平衡块的离心力至所述的动涡盘。
3.权利要求2所述的所述的变频涡旋式压缩机，其特征在于所述的平衡块与所述的曲轴以凸形特征和凹型特征间隙配合构成滑动副，其可滑动方向与所述曲轴曲柄的驱动平面在电机旋转平面上的投影平行或近似平行。
4.权利要求3所述的所述的变频涡旋式压缩机，其特征在于所述的凸形特征在曲轴上，包含二个相互平行的平面，该平面与所述曲轴的轴线平行；所述的凹形特征在所述的平衡块上，包含二个相互平行的平面；所述的凸形特征的二个平行平面与所述的凹形特征的二个平行平面间隙配合形成所述的滑动副。
5.权利要求2所述的所述的变频涡旋式压缩机，其特征在于所述平衡块以间隙的销+ 槽配合与所述曲轴联接，该销+槽配合的联接防止所述平衡块与所述曲轴的相对转动。当所述动涡盘发生径向位移时，所述平衡块可沿所述槽的延伸方向移动。
6.权利要求5所述的所述的变频涡旋式压缩机，其特征在于所述销+槽配合的槽形特征为设置于或固接于所述的曲轴上的矩形截面槽或腰形孔。所述销+槽配合的销形特征为设置于或固接于所述的平衡块上的的圆销或多边形销。
7.权利要求1所述的所述的变频涡旋式压缩机。其特征在于所述平衡块的离心力直接传递给所述驱动轴套，再由所述驱动轴套传递给所述动涡盘。
8.权利要求7所述的动涡盘离心力平衡机构，其特征在于所述平衡块与所述驱动轴套设计成一个整体或固定联接成一个整体。
全文摘要
一种有径向柔性密封的变频涡旋式压缩机，动涡盘在驱动力的径向分力和离心力的作用下，其涡卷可与静涡盘涡卷的侧面贴紧而实现径向柔性密封。设置有动涡盘离心力平衡机构。当压缩机工作时，该平衡块随曲轴同步转动，其离心力与动涡盘的离心力方向相反，并传递给动涡盘，从而全部或部分地平衡了动涡盘的离心力。
文档编号F04C29/00GK102486174SQ20101057109
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者郭华明 申请人:华惠芬, 张勤, 文茂华, 羊婷婷, 郭华明